粘土陶瓷产业在全球建筑领域发挥着重要作用，其特点是大量使用天然粘土制成的砖块和瓷砖[1]。据估计，全球每年烧制粘土砖的产量约为2.18亿吨，相当于每年生产近1.5万亿块[2]。该行业占全球砌筑材料市场的很大份额，在发展中国家尤为突出，因为其成本低廉、易于获取且耐用[3]。此外，许多地区粘土原材料的丰富性也支持了其广泛的应用[4]。然而，对可持续解决方案的需求增长给陶瓷生产链带来了挑战，尤其是在减少能源消耗和工业废弃物利用方面[5]。
在这种背景下，基于循环经济原则的做法在国际科学文献中日益受到重视，被视为提高陶瓷行业能源效率和环境效益的替代方案[[6], [7], [8], [9]]。固体废弃物的利用已成为部分替代传统粘土的有前景策略，有助于工业副产品的再利用[[10], [11], [12], [13]]。各种研究聚焦于农业工业废弃物[[14], [15], [16]]、玻璃废弃物[[17], [18], [19]]、燃烧副产品（灰烬）[[20], [21], [22], [23]]、冶金和钢铁工业废弃物[[24], [25], [26], [27]]以及采矿废弃物[[28], [29], [30]]等。
与此同时，煤炭开采产业仍然是全球许多地区重要的经济和能源支柱。尽管有讨论将其替代为可再生能源，但煤炭仍占全球电力结构的约36-40%[31]。然而，其生产过程会产生大量废弃物，包括表土、煤粉和选矿过程中的各种矿物成分，这些废弃物是采矿活动的主要环境负担[[32], [33], [34], [35]]。在巴西，情况类似：如圣卡塔琳娜州和南里奥格兰德州等主要产煤地区，已经积累了数百万吨储存在大坝和堆场中的尾矿，给环境和物流带来了重大挑战[[36], [37], [38]]。
鉴于此，最近的研究提出了将煤炭选矿过程中产生的废弃物用于粘土陶瓷生产的新思路，作为促进循环经济原则的有效途径，通过将这些废弃物重新纳入生产循环[[39], [40], [41], [42]]。研究表明，选择性利用煤炭开采废弃物不仅减少了天然原材料的消耗，还通过再利用传统上被丢弃在工业垃圾填埋场的废弃物，增强了更循环的生产模式。此外，这些废弃物的化学成分（通常富含二氧化硅、氧化铝和铁）与传统用于陶瓷体配方的粘土相容，可以对其进行再利用而不会显著改变最终产品的技术性能。最新研究还表明，煤尾矿中的碳质成分可以提高陶瓷工艺的热效率，从而减少烧制过程中的外部燃料消耗[[42], [43], [44]]。然而，尽管取得了这些进展，仍缺乏定量评估煤尾矿中碳成分在烧制过程中能源贡献的研究，尤其是通过能量平衡方法。本研究通过评估这种残留成分作为内部能源的潜力，提供了对其在减少外部燃料需求和提高粘土陶瓷生产热效率方面作用的更全面理解。
鉴于此背景，本研究旨在评估将煤炭开采中的选择性残留物用于生产空心陶瓷砖的可行性，重点关注这些材料中粘土和碳含量所带来的潜在优势。研究旨在验证这一特性是否有助于减少烧制过程中的外部燃料消耗并提高热效率，同时不损害空心陶瓷砖的化学和机械性能。因此，本研究的核心问题是：煤尾矿中的残留碳是否可以在烧制过程中作为有效的内部能源，从而减少外部燃料消耗。这项研究结合了采矿副产品的再利用、陶瓷行业的能源优化以及循环经济原则，代表了一种综合性的方法。
